日前，中國科學院院士、南京航空航天大學教授郭萬林等人發明了一種全新的基于氣相的鈣鈦礦處理方法，不僅突破了過去液相法難以均勻處理大面積器件的瓶頸，還顯著提升了電池的效率和穩定性。利用這種方法，他們研制出面積超過200平方厘米、效率超過18%、持續運行壽命超過4萬小時的鈣鈦礦電池。相關研究論文發表于《科學》。

當前，小于0.1平方厘米的小面積金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的光電轉換效率已經超過26%，接近基于硅的商業技術水平。然而，PSC面臨長期運行穩定性不足的難題。為此，科學家采用液相處理等方法來鈍化鈣鈦礦材料表面缺陷，抑制材料在運行環境下的老化，從而研制出數千小時穩定運行的太陽能電池。但是此類器件的尺寸僅為數平方厘米，無法滿足商業化需求。

如何在保持高效率的前提下研制出大面積長效穩定的PSC，依然是重大挑戰。

通用的基于溶液的鈣鈦礦處理方法，雖然能顯著提升小面積器件的效率和穩定性，但面向大面積器件時卻表現不佳，主要原因是這類方法在處理大面積太陽能電池時，面臨由反應速度不均帶來的鈍化效果不佳的局限。

鑒于此，研究團隊創建了一種全新的基于氣相的處理方法——氣相氟蒸氣處理方法，該方法能在常壓下與鈣鈦礦表面進行大面積均勻鈍化反應。與基于液相的方法不同，氣相氟化處理能夠在整個薄膜表面實現均勻的反應物分布，并形成穩固的化學鍵，抑制缺陷的形成并錨定表面附近的陰離子，進而使鈣鈦礦電池多個指標突破當前世界紀錄。

經過氣相氟化處理的太陽能電池實現了更高的光電轉換效率。0.16 平方厘米單元電池和228平方厘米太陽能模組的光電轉換效率分別為24.8%和18.1%，這與同類最佳性能的太陽能模組相當。

與傳統溶液處理方法相比，氣相氟蒸氣處理實現了更均勻的表面鈍化效果，使得整個薄膜能夠大面積均勻展現出較長的光致發光壽命，同時顯著減少了誘發材料降解的缺陷源，從而在可企及的器件區域內實現效率的一致提升和模組壽命的大幅延長。

更為特別的是，團隊還創建了獨特的加速老化測試方法。測試表明，氣相處理太陽能模組的固有壽命達到43000±9000小時，相當于在30攝氏度的太陽光照射下連續運行超過4年。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adn9453